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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung einer Kraftstofffördereinrichtung mit zwei elektrisch angesteuerten Stellgliedern, sowie ein Steuergerät und ein Werkstatt-Tester.
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Aus der
DE 103 54 656 A1 ist ein Verfahren zum Überwachen eines Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine bekannt. Das Einspritzsystem weist einen Kraftstoffspeicher und eine gesteuerte Zumesseinheit zum Steuern der Kraftstoff-Fördermenge in den Kraftstoffspeicher auf. Bekannte Verfahren dieser Art werten ein Signal, welches den zeitlichen Verlauf des Druckes in dem Kraftstoffspeicher repräsentiert, im Hinblick auf einen möglichen Defekt einer Komponente des Einspritzsystems aus. Um gezielt auf einen Defekt der Zumesseinheit schließen zu können, wird die Zumesseinheit während der Auswertung des den Druck im Kraftstoffspeicher repräsentierenden Signals zunehmend geschlossen oder geöffnet.
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Ein weiteres Verfahren zur Prüfung der Kraftstoffmengenbilanz in einem Common-Rail System mit zwei elektrisch angesteuerten Stellgliedern ist in der
DE 10 2011 005 527 A1 gezeigt.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Prüfung einer Kraftstofffördereinrichtung mit zwei elektrisch angesteuerten Stellgliedern bereitzustellen. Herkömmliche Prüfverfahren bieten die Möglichkeit ein Zweisteller-System, welches ein erstes elektrisch angesteuertes Stellglied vor der Hochdruckpumpe und ein Druckregelventil am Hochdruckspeicher aufweist, im Bezug auf einen Defekt des ersten elektrischen Stellgliedes zu überprüfen.
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Die Erfindung gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 ermöglicht eine Prüfung beider Stellglieder im eingebauten Zustand. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann eindeutig zwischen einen Defekt des ersten Stellgliedes und des Druckregelventils unterschieden werden.
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Bei den bekannten Verfahren ist es nicht möglich zwischen einen Defekt der beiden Stellglieder zu unterscheiden. Das erfinderische Verfahren ermöglicht ein einfaches und effizientes Vorgehen bei der Untersuchung eines Kraftstofffördersystems auf mögliche Defekte.
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Des Weiteren wird ein Steuergerät zur Durchführung des erfinderischen Verfahrens beansprucht, sowie ein Motor-Tester, welcher das erfinderische Verfahren auf einem Steuergerät anfordert.
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Das erfinderische Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- 1.) Einstellen eines ersten Betriebszustandes durch Vorgabe eines ersten Druckwertes im Kraftstoffspeicher, wobei der erste Druckwert durch das Druckregelventil geregelt wird,
- 2.) Verändern einer ersten Stellgröße über einen ersten vorgegebenen Bereich, während eine zweite Stellgröße konstant auf einen ersten Wert gehalten wird,
- 3.) Verändern der zweiten Stellgröße über einen zweiten vorgegebenen Bereich, wobei der zweite vorgegebene Bereich den ersten Wert umfasst, während die erste Stellgröße konstant auf einem zweiten Wert gehalten wird,
- 4.) Auswerten des Verlaufs des ersten Druckwertes und/oder der Bestromung des Druckregelventils während der Schritte 2.) und 3.) im Hinblick auf einen möglichen Defekt des regelbaren Ventils oder des Druckregelventils.
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Es ist von Vorteil, wenn der zweite vorgegebene Bereich ein Intervall ist, welches den ersten Wert als Mittelwert aufweist, da durch diese Wahl des zweiten Bereiches ein Intervall ober- und unterhalb des ersten Wertes untersucht wird und damit eine mögliche Verschiebung in der Aufnahme der Messwerte des vorhergehenden Schrittes abgedeckt wird.
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Es ist vorteilhaft, wenn die erste Stellgröße ein Steuerstrom des regelbaren Ventils ist und die zweite Stellgröße eine Drehzahl der Hochdruckpumpe ist. Am Anfang des Verfahrens wird eine Variation im Öffnungsgrad beider Stellglieder durchgeführt und somit gleichzeitig beide Stellglieder auf einen Defekt untersucht. Sobald der Bereich in dem ein Fehler auftritt eingegrenzt wurde, wird in einem weiteren Schritt des Verfahrens nur noch eine Variation des Öffnungsgrades eines einzigen Stellgliedes durchgeführt, so dass bei einem erneuten Auftreten des Defektes, dieser Defekt nur bei dem im weiteren Schritt veränderten Stellglied auftreten kann.
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Wenn das regelbare Ventil zunehmend geöffnet wird oder zunehmend geschlossen wird, lässt sich die zu erwartende Veränderung des PCV-Stromes leichter berechnen bzw. durch Messkurven vorhersagen, so dass eine signifikante Veränderung vom zum erwarteten Verlauf des PCV-Stroms leichter festzustellen ist.
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Der Bereich in dem ein Defekt einer der beiden Stellglieder aufgetreten ist, lässt sich einfacher eingrenzen, wenn der zweite Wert, dem Wert der ersten Stellgröße entspricht an dem der Druck im Schritt 2.) eine Veränderung zu dem ersten Druckwert aufweist.
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Der Bereich in dem ein Defekt einer der beiden Stellglieder aufgetreten ist, lässt sich einfacher eingrenzen, wenn der zweite Wert, dem Wert der ersten Stellgröße entspricht, an dem ein PCV-Strom des Druckregelventils im Schritt 2.) eine signifikante Veränderung zum erwarteten Verlauf des PCV-Stroms aufweist.
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Durch eine Wiederholung der Schritte 2.) bis 4.) bei der der erste Wert der zweiten Stellgröße jeweils verändert wird, lassen sich unterschiedliche Volumenströme und damit auch ein größerer Funktionsbereich der beiden Stellglieder untersuchen.
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Es ist von Vorteil, wenn vor Schritt 1.) Funktionalitäten gesperrt werden, welche das Ergebnis des Verfahrens verfälschen können, da dies die Genauigkeit des Verfahrens erhöht.
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Durch den Einsatz eines Werkstatt-Tester, welcher das Verfahren auf einem Steuergerät anfordert, kann das Verfahren in Werkstätten zu jeglicher Art von Diagnose eingesetzt werden.
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Ausführungsbeispiele
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine Kraftstofffördereinrichtung in einer schematischen Darstellung,
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2 ein Flussablaufdiagramm des erfinderischen Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
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3 Diagramme mit beispielhaften Messwerten des erfinderischen Verfahrens.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Kraftstofffördereinrichtung 10 mit einem Steuergerät 11 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wichtigen Bauteile der Kraftstofffördereinrichtung 10 dargestellt.
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Eine Vorförderpumpe 12 saugt Kraftstoff über eine Zulaufleitung 13 aus einem Tank 14 an. Die Vorförderpumpe 12 versorgt ein regelbares Ventil 15, mit Kraftstoff. Das regelbare Ventil 15 steuert die einer Hochdruckpumpe 16 zugeführte Kraftstoffmenge. Die Hochdruckpumpe 16 fördert den ihr zugeführten Kraftstoff unter hohem Druck in den Kraftstoffspeicher 17. Im Kraftstoffspeicher 17 wird der Druck durch einen Druckregelventils 20 kontrolliert.
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Der Kraftstoff im Kraftstoffspeicher 17 wird weiterhin über eine Hochdruckleitung 22 mindestens einem Injektor 23 zugeführt, welcher Kraftstoff in mindestens einen nicht gezeigten Zylinder einer Brennkraftmaschine einspritzt. Eine für den Betrieb der Injektoren 23 erforderliche Kraftstoffmenge kann ebenfalls über eine Kraftstoffrückführungsleitung 21 zum Tank 14 zurückgeführt werden.
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Das Steuergerät 11 steuert über eine elektrische Steuerleitung 25 das regelbare Ventil 15 an. Des Weiteren erhält das Steuergerät 11 über eine elektrische Steuerleitung 26 den durch das Druckregelventils 20 gemessenen Druck im Kraftstoffspeicher 17. Das Steuergerät 11 steuert über einen PCV-Strom den Öffnungsgrad des Druckregelventils 20, um einen vorgegebenen Druck im Kraftstoffspeicher 17 aufrechtzuerhalten.
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Das Steuergerät 11 steuert über eine elektrische Steuerleitung 27 die Injektoren 23 an. Das Steuergerät 11 enthält außerdem einer Software zur Steuerung des Motors im Betrieb und eine Software zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Prüfung des regelbaren Ventils 15. Die Steuerung des Motors erfolgt durch elektrische Ansteuerung der elektrisch angesteuerten Stellglieder, nämlich des regelbaren Ventils 15, eingangsseitig der Hochdruckpumpe 16, und des Druckregelventils 20.
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2 zeigt ein Flussablaufdiagramm, welches das erfindungsgemäße Verfahren beschreibt. Aufgabe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Prüfung einer Kraftstofffördereinrichtung 10 im Hinblick auf einen Defekt des regelbaren Ventils 15 oder des Druckregelventils 20, ohne dass eines des elektrisch angesteuerten Stellglieder ausgebaut werden muss.
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Bevor das eigentliche Verfahren zur Prüfung beginnt, können im Verfahrensschritt 31 optional alle Funktionalitäten gesperrt werden, welche das Ergebnis der Prüfung der elektrisch angesteuerten Stellglieder 15, 20 verfälschen können. Dies kann z.B. ein Partikelregenerator sein, welcher während der Prüfung ausgeschaltet wird.
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Im Verfahrensschritt 32 wird ein erster Betriebszustand durch Vorgabe eines ersten Druckwertes im Kraftstoffspeicher 17 eingestellt. Hierbei wird das Druckregelventil 20 auf Regelbetrieb geschaltet. Der PCV-Strom regelt den Öffnungsgrad des Druckregelventils 20, so dass sich im Kraftstoffspeicher 17 der erste Druckwert einstellt.
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Im Verfahrensschritt 33 wird die Drehzahl der Hochdruckpumpe 16 auf einen ersten Wert angehoben, um eine höhere Fördermenge der Hochdruckpumpe 16 und eine höhere Einspritzmenge des mindestens einen Injektors 23 zu realisieren. Das Anheben der Drehzahl auf einen ersten Wert findet im Werkstattbetrieb meist im Leerlauf statt. Das Verfahren kann aber auch bei einer Last, welche während des gesamten Verfahrens identisch sein muss, stattfinden.
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Des Weiteren wird im Verfahrensschritt 33 das regelbare Ventils 15 über einen Steuerstrom so angesteuert, so dass sich der Steuerstrom über einen ersten vorgegebenen Bereich verändert. Eine Möglichkeit besteht in einer fast vollständigen Öffnung des regelbaren Ventils 15 zu Beginn des Verfahrensschrittes 33. Danach wird das regelbare Ventil 15 über ein erstes Zeitintervall T1 durch den Steuerstrom so angesteuert, dass sich das regelbare Ventil 15 fast vollständig oder vollständig schließt. Eine andere Möglichkeit besteht in einem zu Beginn fast vollständig geschlossenen regelbaren Ventil 15, welches danach über das erste Zeitintervall T1 durch den Steuerstrom so angesteuert wird, dass es sich fast vollständig oder vollständig öffnet.
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Während des ersten Zeitintervalls T1, in dem sich das regelbare Ventil 15 über den ersten vorgegebenen Bereich verändert, verändert sich auch der Volumenstrom des Kraftstoffs in den Kraftstoffspeicher 17. Damit der erste Betriebszustand beibehalten werden kann, muss das Druckregelventil 20 mehr oder weniger Kraftstoff aus dem Kraftstoffspeicher 17 absteuern. Folglich verändern sich der PCV-Strom und der Öffnungsgrad des Druckregelventils 20 über das erste Zeitintervall T1.
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Im Verfahrensschritt 34 wird der Verlauf des Druckes im Kraftstoffspeicher 17, während des ersten Zeitintervalls T1 ausgewertet. Tritt eine Veränderung des Druckes zum ersten Druckwert auf, so wird der zu diesem Zeitpunkt vorhandene Steuerstrom des regelbaren Ventils 15 als zweiter Wert gespeichert.
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In einer alternativen Ausführungsform wird im Verfahrensschritt 34 der Verlauf des PCV-Stroms des Druckregelventils 20, während des ersten Zeitintervalls T1 ausgewertet. Tritt eine signifikante Veränderung des PCV-Stroms zum erwarteten Verlauf des PCV-Stroms auf, so wird der zu diesem Zeitpunkt vorhandene Steuerstrom des regelbaren Ventils 15 als zweiter Wert gespeichert.
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In einer weiteren alternativen Ausführungsform wird im Verfahrensschritt 34 sowohl der Verlauf des PCV-Stroms des Druckregelventils 20 als auch der Verlauf des Druckes im Kraftstoffspeicher 17, während des ersten Zeitintervalls T1 ausgewertet. Tritt eine signifikante Veränderung des PCV-Stroms zum erwarteten Verlauf des PCV-Stroms auf und/oder eine Veränderung des Druckes zum ersten Druckwert auf, so wird der zu diesem Zeitpunkt vorhandene Steuerstrom des regelbaren Ventils 15 als zweiter Wert gespeichert.
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Eine Veränderung des Druckes im Kraftstoffspeicher 17 oder im Verlauf des PCV-Stroms des Druckregelventils 20 kann durch ein klemmendes oder nicht funktionierendes regelbares Ventil 15 hervorgerufen werden. Das regelbare Ventil 15 kann sich plötzlich aus einem klemmenden Sitz losgerissen haben und zu einem erhöhten Volumenstrom in den Kraftstoffspeicher 17 führen. Dies lässt sich an einer plötzlichen Veränderung des Druckes im Kraftstoffspeicher 17 erkennen. Da das Druckregelventil 20 versucht Veränderungen des Druckes im Kraftstoffspeicher 17 auszugleichen, ist im selben Moment auch eine Schwankung bzw. Veränderung im PCV-Strom des Druckregelventils 20 festzustellen.
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Eine Veränderung des Druckes im Kraftstoffspeicher 17 oder im Verlauf des PCV-Stroms des Druckregelventils 20 kann auch durch ein klemmendes Druckregelventil 20 hervorgerufen werden. Das Druckregelventil 20 kann durch ein klemmendes Bauteil den Druck im Kraftstoffspeicher 17 nichtmehr auf den gewünschten ersten Druckwert regeln. Dies versucht das Steuergerät 11 oder das Druckregelventil 20 durch eine Veränderung des PCV-Stromes auszugleichen und lässt sich an einer plötzlichen Veränderung des PCV-Stromes und/oder des Druckes im Kraftstoffspeicher 17 erkennen.
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Im Verfahrensschritt 35 wird die Drehzahl der Hochdruckpumpe 16 über einen zweiten vorgegebenen Bereich verändert. Der zweite vorgegebene Bereich wird dabei so gewählt, dass er den ersten Wert umfasst. Der erste Wert sollte dabei nicht einer der Randwerte des zweiten vorgegebenen Bereiches sein, da ein Volumenstrom, der höher und der niedriger als der Volumenstrom, der dem ersten Wert entspricht durch die Hochpumpe 16 gefördert werden soll. Der erste Wert kann sich beispielsweise in der Mitte des zweiten vorgegebenen Bereiches befinden.
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Der Steuerstrom des regelbaren Ventils 15 wird konstant auf den zweiten Wert gehalten. Dies bedeutet, dass während des Verfahrensschrittes 35 nur der Öffnungsgrad des Druckregelventils 20 verändert wird. Das regelbare Ventil 15 verändert seinen Öffnungsgrad nicht und bleibt in der gleichen Position. Die Veränderung im Volumenstrom des Kraftstoffes, welcher zum Kraftstoffspeicher 17 strömt, wird alleine durch eine Variation der Drehzahl realisiert. Aus diesem Grund deutet eine Veränderung im Verlauf des Druckes im Kraftstoffspeicher 17 und/oder eine Veränderung im PCV-Strom auf einen Defekt des Druckregelventils 20 hin.
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Im Verfahrensschritt 36 wird der Verlauf des Druckes im Kraftstoffspeicher 17 und/oder der Verlauf des PCV-Stromes während des Verfahrensschrittes 35 ausgewertet. Erfolgt eine Abweichung des Druckes im Kraftstoffspeicher 17 vom ersten Druckwert und/oder weist der PCV-Strom eine signifikante Veränderung zum erwarteten Verlauf des PCV-Stromes auf, so weist dies auf einen Defekt des Druckregelventils 20 hin.
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Erfolgt keine Abweichung des Druckes im Kraftstoffspeicher 17 vom ersten Druckwert und weist der PCV-Strom keine signifikante Veränderung zum erwarteten Verlauf des PCV-Stromes auf, so weist dies auf einen Defekt des regelbaren Ventils 15 hin.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel können die Verfahrensschritte 32 bis 36 mindestens einmal wiederholte werden wobei jeweils der erste Wert, welcher der Drehzahl der Hochdruckpumpe 16 entspricht, variiert wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird durch ein Steuergerät 11 durchgeführt, welches über elektrische Steuerleitungen 25, 26 mit dem regelbaren Ventil 15 und dem Druckregelventil 20 in Verbindung steht. Des Weiteren ist auf dem Steuergerät 11 eine Software hinterlegt und Daten über das Kennfeld des jeweiligen regelbaren Ventiles.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird durch einen Werkstatt-Tester angefordert, welcher über eine beliebige Schnittstelle eine Verbindung mit dem Steuergerät 11 aufnehmen kann. Die Ergebnisse des erfindungsgemäßen Verfahrens werden durch das Steuergerät 11 an den Werkstatt-Tester übermittelt.
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3 zeigt Diagramme mit beispielhaften Werten zum Verständnis des erfinderischen Verfahrens. Die Werte sind nur als Beispiel gedacht und können abhängig von der Auslegung der Kraftstofffördereinrichtung 10 auch völlig anders gewählt werden. In beiden Diagrammen ist die Größe A der Druck im Kraftstoffspeicher 17, die Größe B ist der PCV-Strom des Druckregelventils 20, die Größe C ist die Drehzahl der Hochdruckpumpe 16 und die Größe D ist der Steuerstrom des regelbaren Ventils 15.
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Im Diagramm a) ist ein beispielhaftes Verhalten der Größen A, B, C und D während der Verfahrensschritte 32 bis 34 dargestellt. Hierbei wird der Druck (Größe A) im Kraftstoffspeicher 17 durch das Einstellen eines ersten Betriebszustandes auf einen ersten Druckwertes von 1800 bar durch das Druckregelventil 20 geregelt. Die Drehzahl (Größe C) ist auf den konstanten ersten Wert von 3000 rpm eingestellt. Der Steuerstrom (Größe D) des regelbaren Ventils 15 wird über ein erstes Zeitintervall T1 von 400 mA linear auf 1000 mA erhöht. Dies entspricht einem regelbaren Ventil 15, welches zuerst fast vollständig geöffnet ist und dann zunehmend geschlossen wird. Das Druckregelventil 20 verändert über das erste Zeitintervall T1 seinen PCV-Strom (Größe B) und damit seinen Öffnungsgrad, da es den Druck im Kraftstoffspeicher 17 bei sich verändernden Steuerstrom auf den Wert von 1800 bar regeln muss. Die Steigung der entsprechenden Kennlinie ist am Anfang sehr gering und nimmt mir zunehmenden Öffnungsgrad des Druckregelventils 20 zu.
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Bei einem Steuerstrom (Größe D) von 800 mA erfährt der Druck (Größe A) eine Veränderung zum ersten Druckwert von 1800bar und der PCV-Strom (Größe B) erfährt eine signifikante Veränderung zum erwarteten Verlauf des PCV-Stromes. Der Steuerstrom von 800 mA wird deshalb als zweiter Wert gespeichert.
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Eine Veränderung des Druckes lässt sich messtechnisch durch einen üblicherweise direkt im Kraftstoffspeicher 17 verbauten Raildrucksensor messen. Ein Verfahren zur Beurteilung einer unüblichen Veränderung des Druckes wäre eine Überwachung der Druck-Regelabweichung unter Zuhilfenahme eines Grenzwerts für diesen Wert oder durch eine Überwachung auf Überschreitung eines Grenzwertes des gemessenen Druckgradienten.
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Im Diagramm a) ist diese Veränderung als vergrößerte gezackte Linie dargestellt. Sie kann sich aber abhängig vom jeweiligen Einzelfall auch anders verhalten.
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Eine signifikante Veränderung zum erwarteten Verlauf des PCV-Stromes lässt sich messtechnisch durch die Stromerfassung des PCV-Stroms der im Steuergerät 11 verbauten Endstufe des Druckregelventils 17 realisieren. Ein Verfahren zur Beurteilung einer signifikanten Veränderung zum erwarteten Verlauf des PCV-Stromes wäre eine Überwachung auf Überschreitung eines Grenzwertes für den Gradienten des PCV-Stroms.
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Im Diagramm a) ist diese signifikante Veränderung als vergrößerte gezackte Linie dargestellt. Sie kann sich aber abhängig vom jeweiligen Einzelfall auch anders verhalten.
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Im Diagramm b) ist ein beispielhaftes Verhalten der Größen A, B, C und D während der Verfahrensschritte 35 bis 36 dargestellt. Hierbei wird der Druck (Größe A) im Kraftstoffspeicher 17 durch das Einstellen eines ersten Betriebszustandes auf den ersten Druckwertes von 1800 bar durch das Druckregelventil 20 geregelt. Der Steuerstrom (Größe D) des regelbaren Ventils 15 wird konstant auf den zweiten Wert gehalten. Anhand der Messwerte aus dem Diagramm a) wurden 800 mA als zweiter Wert gewählt. Die Drehzahl (Größe C) wird über ein zweites Zeitintervall T2 von 2000 rpm auf 4000 rpm linear erhöht. Damit liegt die Drehzahl von 3000 rpm aus dem Diagramm a) genau in der Mitte des zweiten vorgegebenen Bereiches der zweiten Stellgröße. Das Druckregelventil 20 verändert über das zweite Zeitintervall T2 seinen PCV-Strom (Größe B) und damit seinen Öffnungsgrad, da es den Druck im Kraftstoffspeicher 17 bei sich verändernden Steuerstrom auf den Wert von 1800 bar regeln muss.
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Im Diagramm b) erfährt der Druck (Größe A) keine Veränderung zum ersten Druckwert von 1800bar und der PCV-Strom (Größe B) erfährt keine signifikante Veränderung zum erwarteten Verlauf des PCV-Stromes. Dies weist auf einen Defekt des regelbaren Ventils 15 hin.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10354656 A1 [0002]
- DE 102011005527 A1 [0003]
